未来的可再生能源机械

uesoft

提出几个未来的能源机械设计课题，大家可以去研究。不当之处，请批评指正。
http://www.cfluid.com/bbs/viewth ... &extra=page%3D1


未来的可再生能源机械

1，
名称：1kW生物质气化家用微型燃气蒸汽联合循环发电机组
用户：废弃生物质丰富的农村地区的农民
原料：秸秆、玉米芯、花生壳、稻草、锯末、刨花、柴，各种废弃生物质。
功能：主体为下吸式气化炉，可配接燃气轮机或燃气内燃机发电机组、余热蒸汽发生器、蒸汽机组、烟气灶、溴化锂空调机组。
原理：利用固定床气化炉缺氧燃烧废弃秸秆、柴草等可再生生物质，产生氢、一氧化碳等气体燃烧发电，余热推动微型蒸汽轮机发电，循环水用于供热或制冷，烟气用于烟气灶烹调。
市场：按预测2025年中国人口约14亿，1/3为农村人口，每家为3人，全国农村户数=14x1/3/3=1.56亿户。按每年为5%农村家庭每户配置一台气化炉微型燃机机组，每年产量为1.56x5%=778万台。每台价格按1000元人民币销售，每年产值为77.8亿元。
优点：
气化燃烧，热效率高，燃烧过程可随时控制。
燃气蒸汽联合循环，发电效率高。余热用于空调，热效率高。
燃气轮机、蒸汽轮机结构简单可靠，自动化程度高，维修方便。
比普通柴灶节能，比纯燃气灶节能。
缺点：
生物质收集过程自动化程度低，可能面临电解水制氢等大规模自动化生产燃料的竞争。
气化炉焦油治理。
机组复杂，维修困难。
造价较高，农民购买力有限。
关键技术：
气化炉设计，包括气化炉在各种反应原料尺寸下各种反应工况的热动力学仿真、焦油量的计算等。
微型燃气轮、蒸汽轮机设计仿真，制造。
微型溴化锂空调设计仿真，制造。

2，
名称：500W家用微型沼气燃气蒸汽联合循环发电机组
用户：养殖畜禽的农村地区的农民
原料：畜禽、人粪便，蔬菜叶、腐烂果实，各种废弃生物质。
功能：主体为沼气池，可配接燃气轮机或燃气内燃机发电机组、余热蒸汽发生器、蒸汽机组、烟气灶、溴化锂空调机组。
原理：利用间歇式消化反应器(即沼气池)厌氧发酵粪便、生物质等，产生甲烷等气体燃烧发电，余热推动微型蒸汽轮机发电，循环水用于供热或制冷，烟气用于烟气灶烹调。http://wenku.baidu.com/view/34db1a8884868762caaed5a7.html
市场：按预测2025年中国人口约14亿，1/3为农村人口，每家为3人，全国农村户数=14x1/3/3=1.56亿户。按50%农户有养殖业计算，按每年为5%农村养殖家庭每户配置一台微型燃机机组，每年产量为1.56x50%x5%=389万台。每台价格按1000元人民币销售，每年产值为38.9亿元。
优点：
气化燃烧，热效率高，燃烧过程可随时控制。
燃气蒸汽联合循环，发电效率高。余热用于空调，热效率高。
燃气轮机、蒸汽轮机结构简单可靠，自动化程度高，维修方便。
沼液沼渣作为优质有机肥施于农作物，减少尿素等化肥的使用，节约化肥工业等消耗的能源。
缺点：
沼气池冬季温度低，细菌发酵能力不足，可能没有气可用。
沼气池出渣时臭气熏天，污染环境。
沼气需要脱除硫化氢等才能使用。
机组复杂，维修困难。
造价较高，农民购买力有限。
关键技术：
沼气池设计，包括沼气池在各种反应原料成分下各种发酵反应工况的仿真、产气量的计算等。
微型燃气轮、蒸汽轮机设计仿真，制造。
微型溴化锂空调设计仿真，制造。

3，
名称：1kW家用变频轴流式空气压缩制冷供热装置(冷暖空调器)
用户：各种需要空调的场所，餐饮烹调，冷热水洗浴。
原料：电能、空气。
功能：主体为变频电机轴流空气压缩机和膨胀机，可配接换热器、热水箱、蒸饭柜、烘干装置等。
原理：利用变频器驱动三相笼式电动机，带动多级透平机压缩空气，产生30-120C高温空气，用于采暖、加热、蒸煮或烘干。串联的多级透平空气膨胀机产生-20C以下的低温，用于制冷。
市场：2010年中国人口约14亿，全球60亿人，预测2050年全球90亿人。假设每人需要2台空调，1台居家，1台工作，则2010年全球空调理论量为120亿台，而2009年全球空调器约1.3亿台，中国产1亿台，可见年采购量约为理论量的1%。按空调的寿命为20年计算，则目前全球只有20%的人群有空调购买力。如果要满足全球50%的人群能使用空调，则年产量应达到理论量的2.5%，即2.5亿台。每台空调价格按1500元人民币销售，每年产值为3750亿元。
优点：
使用压缩空气为制冷、制热介质，清洁环保，免除了氟利昂危害。
透平压缩膨胀机结构简单可靠，热效率高，维修方便。
变频调速，自动化程度高，节能环保。
可加热到120C，可用于餐饮蒸煮，节省大量燃气或电力，而普通空气能热水器使用氟利昂只能加热到55C。
缺点：
空气在空调温度范围内不象氟利昂那样有气液两相变化，造成机组尺寸增大。
轴流式高速旋转压缩，噪声较大。速度变化范围大，需要变频器有较大调速范围。
造价较高，初始投入较大。
关键技术：
变频电机设计，包括变频电机在各种工况的机电磁及冷却流体仿真计算等，要求结构简单，调速性能好，能量效率高，成本低。
变频电机制造。
微型透平压缩膨胀机设计仿真，制造。
变频空调控制器设计仿真，制造。

(待续)

[ 本帖最后由 uesoft 于 2011-2-12 11:12 编辑 ]

通流

在现有的技术下，这一类装置是效率不高，成本高，还是要等新的思路出现才行。

uesoft

国家每年退耕还林的投入拿一部分出来，设立南方、北方两个上市公司，研究微型燃气蒸汽联合循环机组，由于市场容量高达上亿台，故成本可以大幅降低。由于热效率提高，将可以减少大量的生物质砍伐，产生的林业收益和节能减排效益远高于投入。

通流

研究微型燃气蒸汽联合循环机组，由于市场容量高达上亿台，故成本可以大幅降低。
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这种说法都是拍脑袋出来的。1千瓦级的燃气轮是个难度很高的东西。反正是世界上没有人做好过。一台也做不好，更别说做一亿台了。

uesoft

美国、日本、欧洲主要是没做过，并不意味着他们做不好。因为他们农民很少，没有这个市场，做起来划不来。中国、印度就不一样了，领土资源有限，农民多，不可能把所有人全赶到城市，资源负担不起。实际上，我认为再过几十年，中国有可能兴起新的“上山下乡”运动，有一批富人会携带资金和自动化的高新设备，去新农村建设集中居住的房地产，雇佣新农民，建设可持续发展的能源、生态系统。到那时，燃烧生物质或沼气的微型燃气蒸汽联合循环机组将在新农村大行其道。
当然，分布式的天然气燃机联合循环机组在城市是不可能推广的，一是因为天然气资源有限，只能用二三十年，二是因为城市有集中供热机组效率高得多，三是分布式燃机噪声污染。但是使用氢燃料的分布式燃机联合循环机组在石油天然气用完以后有可能在城市冬季供热中发挥一定作用。
但是，生物质燃气就不一样了，一是因为它资源无限，不断再生；二是因为联合循环效率即使只有10%也划算，因为与烧掉相比，这10%是净得的电能，可以减少10%的核电污染。
微型燃机联合循环机组适合农村家庭使用，生物质收集劳动强度低，比中小型燃机联合循环机组优势大得多。只有开发了能自动收集生物质的机器人，中小型生物质燃气联合机组才有发展空间，但发展大规模的生物质电站会破坏生态环境，应该不是发展方向，只有风能、水能、太阳能才是发展方向。

[ 本帖最后由 uesoft 于 2011-2-11 13:28 编辑 ]

周华

微型燃机貌似简单，但核心技术我们没掌握，还是美国那边做的好一点。

通流

美国、日本、欧洲主要是没做过，并不意味着他们做不好。
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又是拍脑袋出来的说法。他们做了，一直在做，一直做不好。小功率燃气轮机用处很多。10%的效率算是不错的了。技术上的难度主要是轴承，传热，效率，还有漏气等的问题。哪一个都不好弄。IHI有一个几个千瓦的燃气轮机发电机组的商业产品。销路不太好。应该是效率很低吧。肯定到不了10%。

通流

站长的微型燃气轮机可能是数百千瓦级的。英文叫 micro turbine。那个东西能做。已经销售了10年不止了吧。好东西，就是太贵。一般老百姓买不起用不起。一台值好几辆奔驰吧。

uesoft

我认为在微型燃汽轮机轴上再反向串联一个微型蒸汽轮机，可以解决效率和轴承推力问题。我觉得燃气蒸汽联合循环加在一起有个10%也不错了。你所说的技术问题是比较难办，但只要想办法，总可以解决。
如果燃气轮机不行，那就用燃气内燃机也可以了，这个可是到处都有了，淘宝多的是，最便宜的1500元一台。如果用汽油机改装，更便宜了，280元一台，淘宝上多的不得了。之所以汽油机便宜，无非生产厂家众多。微型燃机也一样，大家都生产，价格很快就会下来。我认为搞仿真的，至少先搞出个微型燃机数字仿真模型来，包括Pro/E、ANSYS、Fluent，至少数字仿真先得过关，这个做好了，再做样品，再试车，这个产业不会小，不比研究流体理论差，于国于民于己三得利。

[ 本帖最后由 uesoft 于 2011-2-11 13:53 编辑 ]

周华

原帖由 通流 于 2011-2-11 13:29 发表

                               
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站长的微型燃气轮机可能是数百千瓦级的。英文叫 micro turbine。那个东西能做。已经销售了10年不止了吧。好东西，就是太贵。一般老百姓买不起用不起。一台值好几辆奔驰吧。

是的，是所谓“分布式能源系统”，看着是个小东西，但我们做不了，再次触到工业基础这个硬底。

通流

小型廉价内燃机的效率寿命大概都有问题。对于家用的产品，维修也是问题。内燃机的尾热利用的方法，我倒是没怎么听说过。能不能介绍一下？

uesoft

在后面接一个排气蒸汽发生器，可以同时产生热水和蒸汽，驱动蒸汽轮机，代价是挺高的，也没什么别的好办法。

通流

我觉得你应该做点热力学分析，再跟我们解释你的想法。

uesoft

流体机械如水泵、压缩机、水轮机、风轮机、燃气轮机、蒸汽轮机有广阔的前景。我特别看好的是turbine。高效率的微型轮机可以取代空调的压缩机。轮机结构简单可靠，效率高，但在微型功率如1kW级，效率还很低，需要大量的研究开发工作，目前主要是利用Por/E或Solidworks、ANSYS、Fluent对1000W级的燃机建立几何模型，进行结构应力分析和流体热力学分析，以求出效率较高、成本较低的数字模型。站长和通流都有条件开展这方面的工作，因为你们的ANSYS、Fluent人力资源比较丰富，可以向发改委、科技部、教育部或者海尔、美的、格力等申请一些微型轮机项目，应该可能成功。

通流

xx,xx都有条件开展这方面的工作，因为你们的ANSYS、Fluent人力资源比较丰富
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都怎么想的？有了ANSYS，就能设计高效的叶轮机械？那还有什么技术含量？